離子束刻蝕（IBE）技術(shù)研究

1.離子束刻蝕（IBE）技術(shù)的原理？

離子束刻蝕（IBE，Ion Beam Etching）也稱為離子銑（IBM，Ion Beam Milling），也有人稱之為離子濺射刻蝕，是利用輝光放電原理將氬氣分解為氬離子，氬離子經(jīng)過陽極電場(chǎng)的加速對(duì)樣品表面進(jìn)行物理轟擊，以達(dá)到刻蝕的作用。刻蝕過程即把Ar氣充入離子源放電室并使其電離形成等離子體，然后由柵極將離子呈束狀引出并加速，具有一定能量的離子束進(jìn)入工作室，射向固體表面轟擊固體表面原子，使材料原子發(fā)生濺射，達(dá)到刻蝕目的，屬純物理刻蝕。工件表面有制備溝槽的掩膜，最后裸露的部分就會(huì)被刻蝕掉，而掩膜部分則被保留，形成所需要的溝槽圖形。

離子束刻蝕使高方向性的中性離子束能夠控制側(cè)壁輪廓，優(yōu)化納米圖案化過程中的徑向均勻性和結(jié)構(gòu)形貌。另外傾斜結(jié)構(gòu)可以通過傾斜樣品以改變離子束的撞擊方向這一獨(dú)特能力來實(shí)現(xiàn)。

在離子束刻蝕過程中，通常情況下，樣品表面采用厚膠作為掩模層，刻蝕期間富有能量的離子流會(huì)使得基片和光刻膠過熱。為了便于后面光刻膠的剝離清洗，一般需要對(duì)樣品臺(tái)進(jìn)行冷卻處理，使整個(gè)刻蝕過程中溫度控制在一個(gè)比較好的范圍。

圖1 離子束刻蝕設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

圖2 離子束刻蝕工藝原理圖

2.離子束刻蝕（IBE）適合的材料體系？

可用于刻蝕加工各種金屬（Ni、Cu、Au、Al、Pb、Pt、Ti等）及其合金，以及非金屬、氧化物、氮化物、碳化物、半導(dǎo)體、聚合物、陶瓷、紅外和超導(dǎo)等材料。

目前離子束刻蝕在非硅材料方面優(yōu)勢(shì)明顯，在聲表面波、薄膜壓力傳感器、紅外傳感器等方面具有廣泛的用途。

3. 離子束刻蝕（IBE）技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？

a 優(yōu)點(diǎn)：

 （1）方向性好、無鉆蝕、陡直度高；

 （2）刻蝕速率可控性好，圖形分辨率高，可達(dá)0.01um；

 （3）屬于物理刻蝕，可以刻蝕各種材料（Si、SiO2、GaAs、Ag、Au、光刻膠等）；

 （4）刻蝕過程中可改變離子束入射角來控制圖形輪廓，加工特殊的結(jié)構(gòu)；

b 缺點(diǎn)：

 （1）刻蝕速率慢、效率比ICP更低；

 （2）難以完成晶片的深刻蝕；

 （3）屬于物理刻蝕，常常會(huì)有過刻的現(xiàn)象。

4.反應(yīng)離子束刻蝕（RIBE）技術(shù)簡(jiǎn)介及優(yōu)點(diǎn)？

反應(yīng)離子束刻蝕（RIBE）是在離子束刻蝕的基礎(chǔ)上，增加了腐蝕性氣體，因此它不但保留了離子束物理刻蝕能力，還增加了腐蝕性氣體（氟基氣體、O2）離化后對(duì)樣品的化學(xué)反應(yīng)能力（反應(yīng)離子束刻蝕：RIBE），也支持腐蝕性氣體非離化態(tài)的化學(xué)輔助刻蝕能力（化學(xué)輔助離子束刻蝕：CAIBE），對(duì)適用于化學(xué)輔助的材料可以大幅度提升刻蝕速率，提高刻蝕質(zhì)量。

5. 離子束刻蝕（IBE）的案例展示  

典型應(yīng)用：

1、三族和四族光學(xué)零件

2、激光光柵

3、高深寬比的光子晶體刻蝕

4、在二氧化硅、硅和金屬上深溝刻蝕

5、微流體傳感器電極

6、測(cè)熱式微流體傳感器

伯東 KRI 雙離子源輔助離子束濺射技術(shù)獲取高反射吸收Ta₂O₅薄膜

為了獲取高性能紫外激光薄膜元件, 急需研制紫外高吸收薄膜, 某研究所采用伯東 KRI 雙離子源輔助離子束濺射沉積技術(shù)鍍制 Ta2O5 薄膜進(jìn)行研究.

其系統(tǒng)工作示意圖如下：

該研究所的離子束濺射鍍膜組成系統(tǒng)主要由濺射室、雙離子源、濺射靶、基片臺(tái)等部分組成.

其中雙離子源中的一個(gè)離子源適用于濺射靶材, 另個(gè)離子源是用于基材的預(yù)清洗.

用于濺射的離子源采用伯東的 KRI 聚焦型射頻離子源 380, 其參數(shù)如下:

伯東 KRI 聚焦型射頻離子源 RFICP 380 技術(shù)參數(shù)：

理由：

聚焦型濺射離子源一方面可以增加束流密度, 提高濺射率; 另一方面減小離子束的散射面積, 減少散射的離子濺射在靶材以外的地方引起污染

用于預(yù)清洗的離子源是采用伯東 KRI 霍爾離子源 Gridless eH 3000

KRI 霍爾離子源 Gridless eH 3000 技術(shù)參數(shù):

其濺射室需要沉積前本底真空抽到 1×10-5Pa, 采用伯東分子泵組  Hicube 80 Pro, 其技術(shù)參數(shù)如下：

運(yùn)行結(jié)果：

伯東 KRI 雙離子源輔助離子束濺射技術(shù)可以制備不同吸收率的355nm高反射吸收 Ta2O5 薄膜.

伯東是德國 Pfeiffer 真空泵, 檢漏儀, 質(zhì)譜儀, 真空計(jì), 美國 KRI 考夫曼離子源, 美國HVA 真空閥門, 美國 inTEST 高低溫沖擊測(cè)試機(jī), 美國 Ambrell 感應(yīng)加熱設(shè)備和日本 NS 離子蝕刻機(jī)等進(jìn)口知名品牌的指定代理商.

福州大學(xué)離子束刻蝕機(jī)順利驗(yàn)收

烈日炎炎，熱情滿心間！后疫情時(shí)代，NANO-MASTER工程師步履不停，一站接一站為客戶提供設(shè)備安裝調(diào)試服務(wù)。首站福州大學(xué)，那諾-馬斯特工程師已順利安裝驗(yàn)收NIE-3500型離子束刻蝕機(jī)！

性能配置：

• 離子束刻蝕機(jī)用于刻蝕金屬和介質(zhì)，z大可支持6”晶圓。

• 配套美國考夫曼-羅賓遜 KDC160離子槍，650mA，100-1200V。刻蝕速率：~250A/min對(duì)Au；刻蝕均勻度：對(duì)4”片，片內(nèi)均勻性優(yōu)于±3%，重復(fù)性優(yōu)于±3%。

• 樣品臺(tái)可旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速0-30RPM精確可控；可任意角度傾斜，支持斜齒刻蝕；帶水冷功能，刻蝕后易去除光刻膠。

• 極限真空12小時(shí)可達(dá)6x10-7Torr，15分鐘可達(dá)10-6Torr量級(jí)的真空；采用雙真空計(jì)，長(zhǎng)期可靠，使用穩(wěn)定。

• 14”不銹鋼立方腔體，配套一臺(tái)主控計(jì)算機(jī)，20”觸摸屏監(jiān)控，配合Labview軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全自動(dòng)工藝控制，并可在電源中斷情況下安全恢復(fù)；完全的安全聯(lián)鎖；支持百級(jí)超凈間使用。

  
  

驗(yàn)收培訓(xùn)：

安裝調(diào)試視頻：

JIB-4000 聚焦離子束加工觀察系統(tǒng)升級(jí)為JIB-4000PLUS


JIB-4000 聚焦離子束加工觀察系統(tǒng)升級(jí)了，新型號(hào)：JIB-4000PLUS。該設(shè)備為單束FIB裝置，不僅可以對(duì)樣品表面進(jìn)行SIM觀察 、研磨、及碳和鎢等沉積，還可以為TEM制備薄膜樣品和截面樣品；可選3D觀察功能、自動(dòng)TEM樣品制備功能，能對(duì)應(yīng)多種制樣需求。

二氧化硅 (SiO_2) 薄膜具有硬度高、耐磨性好、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)常作為絕緣層材料在薄膜傳感器生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用. 某光學(xué)薄膜制造商為了獲得高品質(zhì)的 SiO_2薄膜引進(jìn)伯東 KRI 聚焦型射頻離子源 RFICP 380輔助離子束濺射鍍制SiO_2薄膜.

該制造商的離子束濺射鍍膜組成系統(tǒng)主要由濺射室、雙離子源、濺射靶、基片臺(tái)、真空氣路系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等部分組成.

離子源濺射離子源采用進(jìn)口的 KRI 聚焦型射頻離子源 RFICP 380, 其參數(shù)如下:

伯東 KRI 聚焦型射頻離子源 RFICP 380 技術(shù)參數(shù)：

推薦理由：

1. 聚焦型濺射離子源一方面可以增加束流密度, 提高濺射率

2. 另一方面減小離子束的散射面積, 減少散射的離子濺射在靶材以外的地方引起污染

其真空氣路系統(tǒng)真空系統(tǒng)需要沉積前本底真空抽到 8×10-4 Pa, 經(jīng)推薦采用伯東泵組  Hicube 80 Pro, 其技術(shù)參數(shù)如下：

分子泵組 Hicube 80 Pro 技術(shù)參數(shù):

運(yùn)行結(jié)果：

1. SiO_2薄膜沉積速率比以前更加快速

2. 薄膜均勻性明顯提高

3. 成膜質(zhì)量高、膜層致密、缺陷少

伯東是德國 Pfeiffer 真空泵, 檢漏儀, 質(zhì)譜儀, 真空計(jì), 美國 KRI 考夫曼離子源, 美國HVA 真空閥門, 美國 inTEST 高低溫沖擊測(cè)試機(jī), 美國 Ambrell 感應(yīng)加熱設(shè)備和日本 NS 離子蝕刻機(jī)等進(jìn)口知名品牌的指定代理商.

某機(jī)構(gòu)采用伯東 KRI 考夫曼射頻離子源 RFICP380  輔助磁控濺射在柔性基材表面沉積多層 NSN70 隔熱膜, 制備出的 NSN70 隔熱膜具有陽光控制功能, 很好的解決了普通窗簾或百葉窗隔熱效果不明顯的問題.

KRI 射頻離子源 RFICP380 技術(shù)參數(shù):

在柔性基材 PET 上沉積 AgCu 合金制備的 NSN 系列隔熱膜, 繼承了單 Ag 隔熱膜良好的光譜選擇性, 同時(shí)能有效的解決 Ag 易硫化的難題, 還具有抗氧化功能, 以防止隔熱膜長(zhǎng)期放置透射率指標(biāo)變化過大.

NSN70 隔熱膜是沉積 AgCu 合金的金屬膜系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品, 它生產(chǎn)效率高、隔熱性好.

KRI 離子源的獨(dú)特功能實(shí)現(xiàn)了更好的性能, 增強(qiáng)的可靠性和新穎的材料工藝. KRI 離子源已經(jīng)獲得了理想的薄膜和表面特性, 而這些特性在不使用 KRI 離子源技術(shù)的情況下是無法實(shí)現(xiàn)的.